动态旋风分离器数值模拟及实验研究

旋风分离器具有结构简单性能稳定等优点,但对于粒径10μm以下颗粒,分离效率较低。本文对普通旋风分离器进行改进,设计了带有旋转叶片的动态旋风分离装置,并进行了实验和数值模拟研究。数值模拟气相采用RNG k-ε模型与RSM模型相结合的算法,颗粒相与气相之间采用以欧拉-拉格朗日气固两相流耦合思想为基础的DPM模型进行模拟,主要研究了装置内部流场和颗粒分离效率与进口气速和转子转速之间的关系,并与实验中通过静电低压悬浮颗粒取样器（ELPI）获得的装置分离效率进行了对比。模拟和实验结果表明,装置切向速度场中转子部分的切向速度主要由叶片转速决定,转子外部区域的切向速度则主要由进口气速决定,且在一定的转速和进口气速下,动态旋风分离器对粒径在5μm以上的颗粒有良好的脱除效果。     

文氏棒塔干板压降的数值模拟

分别应用3种湍流模型(标准k-ε模型、RNG k-ε模型和Realizable k-ε模型)模拟了不同气体动能因子下的文氏棒塔干板压降,通过对比数值模拟结果与实验结果发现,标准k-ε湍流模型和Realizable k-ε湍流模型计算结果与实验结果比较接近,RNG k-ε湍流模型计算结果误差较大。利用标准k-ε湍流模型研究了不同规格文氏棒塔板的干板压降,得出了棒径和棒间距对干板压降的影响关系,分析干板阻力系数的影响因素并通过数值分析方法拟合出了文氏棒塔干板阻力系数的计算公式。     

湍流模型在圆管螺旋流场模拟中的应用与对比

基于计算流体动力学分析软件Fluent,分别采用标准k-ε模型、RNG k-ε模型、Realizable k-ε模型及雷诺应力方程模型(RSM)4种湍流模型,对环空圆管内螺旋流单相流体流动进行模拟。重点分析了不同湍流模型计算的速度、速度矢量及涡量场分布,得出在模拟螺旋流道内强旋流方面,RSM具有更为明显的优势。利用量纲一分析方法将数值模拟结果与其他研究者的PIV实测结果对比,验证了RSM数值模拟结果的准确性。从量纲一压力随轴向位置变化曲线来看,环空圆管螺旋分离器虽然结构简单,但依然存在较为复杂的湍流流场分布,如何形成高效、稳定的分离流场是接下来研究的重点。     

模拟喷雾干燥的不同湍流模型比较

应用fluent软件,分别选择标准k-ε模型、RNG k-ε模型、RSM模型对喷雾干燥塔内的流场进行数值模拟,并将计算结果与实验测量值相比较,以得到最适合于喷雾干燥塔流场计算的数学模型.数值结果表明,3种模型都能较好反映塔内的流动规律,但计算数值与实测值有所差异,RNG k-ε模型模拟结果比用标准k-ε模型、RSM模型...     

用于Texaco气化炉同轴射流计算的不同湍流模型的比较

应用商业CFD软件Fluent，分别采用Spalart-Allmaras模型、标准k-ε模型、RNG k-ε模型、Realizable k-ε模型和RSM模型对气化炉同轴射流冷态实验台进行了数值模拟，并通过不同模型计算结果与实验结果的对比，讨论了各模型受网格质量、网格类型和边界条件的影响。通过对比发现，S-A模型和标准k-ε模型受网格质量影响最小，但准确性不高；RSM模型受网格影响较大；而RNG k-ε模型和R k-ε模型在网格划分合理的情况下，能够给出合理的结果。     

旋风分离器进气管角度对其分离效率和流场分布模拟的影响

选用RNG k-ε模型,对旋风分离器内部流场进行了模拟分析,比较了进气管相对筒体在不同偏转角度下对旋风分离器分离效率和压力场分布的影响。将模拟结果与给定条件下旋风实际性能需要进行对比,结果表明:入口管的偏转角度在0°~10°之间将可能实现其分离效率和压降综合性能的最优化。     

筛孔塔板干板压降的数值模拟

分别应用标准k-ε模型、RNG k-ε模型和Realizable k-ε模型3种湍流模型并结合有限体积法,在不同空塔气体动能因子下数值模拟了筛孔塔板(0.38 m)的干板压降。数值计算结果分别同Hughmark-O'connell和Leibson实验结果进行了比较,吻合较好。通过模型对比,发现RNG k-ε模型和Realizable k-ε模型计算结果同实验结果比较接近,标准k-ε模型的计算结果误差较大。利用RNG k-ε模型研究了塔板厚度、筛孔直径同塔板干板阻力系数的关系曲线,随着筛孔直径和塔板厚度的增加,塔板阻力系数增加,相对于塔板厚度,筛孔直径的大小对阻力系数的影响更大。证明了计算流体力学在筛孔塔板干板压降的研究中有一定的可行性。     

湍流场中的微米粒子在旋风分离器中的数值模拟研究

针对湍流场中燃烧颗粒飞灰的处理难题,优化了一种旋风分离器结构,采用拉格朗日DPM方法表征颗粒物运动捕集轨迹,同时在数值模拟过程中考虑了微米颗粒的重力、萨夫曼升力的影响。数值模拟方法采用K-ε两方程RNG模型对粒径为0.9~1.1μm颗粒微尘在旋风分离器中的流场和运动轨迹进行了研究。模拟结果显示,本文中提出的新型结构的旋风分离器,较传统旋风分离器的分离效率提高了94%,具有强化次微米颗粒气体旋流流动的效果,适用于高效捕集超细微米颗粒物。     

环形紫外消毒反应器流场数值模拟

采用计算流体力学软件FLUENT模拟环形消毒反应器的内部流场,选用标准k-ε模型、RNG k-ε模型、Realizable k-ε模型、RSM模型模拟湍流应力,并将模拟结果与PIV实验结果进行对比。研究表明:CFD数值模拟的方法可以有效获得环形紫外消毒反应器的内部流场;其中标准k-ε模型的模拟结果与PIV实验结果最为接近,能更好地模拟环形紫外消毒反应器的内部流场。     

重力分离器聚结构件数值模拟及优化研究

使用Fluent数值模拟软件,采用标准k-ε湍流模型和多项混合算法对不同入口分散相粒径和不同构造聚结板的分离器内部流场进行了三维数值模拟,对比通过聚结板前后油水浓度分布以确定分离器有效处理分散相颗粒的粒径范围;同时在尺寸为384mm×20mm×1800mm的分离器上更换4种不同材料与流道形状的聚结板进行了分离特性研究,得出了影响聚结板分离特性的因素和处理分散相粒径的范围,选出适于本分离器的聚结板;通过对比实验数据评价不同聚结板下分离器的聚结分离效率,提出了不同工况下选取聚结构件的依据。     

不同湍流模型下旋风分离器数值模拟结果比较

文章分别采用重整化群（RNGk-ε漠型）、线性压应力（LinearPressure．strain）和二次压应力（QuadraticPressure—Strain）的雷诺应力模型（RSM）及不同的方程离敞格式对旋风分离器内流场进行数值模拟,并与实验结果进行比较,通过对计算结果与实验结果的比较分析,发现二次压应力雷诺应力模型（RSM）模型下模拟结果更为精确。     

应用SSTk-ω湍流模型计算Rushton搅拌釜流场

应用SSTkω-湍流模型对Rushton搅拌釜流场进行了计算,并与文献报道实验数据以及标准k-ε模型、RNGkω-模型预测结果进行了比较。结果表明SSTkω-模型所计算的排除流量准数与实验值相差较小,桨叶区速度场与实验数据吻合较好,略优于标准k-ε模型,同时也给出了近壁区的计算结果。在湍动动能的预报上,SSTk-ω模型值与标准k-ε模型比较接近,优于RNGkε-模型,但与实验值都还不同程度地存在着一些差异。     

超短接触反应器气固快分装置的数值模拟

A gas-solids fast separator was studied for its potential application in the process of coal pyrolysis to acetylene in plasma. The CFD method was employed to simulate the flow behavior in the gas-solids fast separator based on the realizable k-ε turbulence model and the discrete particle model（DPM）.The separation efficiency and residence time of gas phase in the gas-solids fast separator could be calculated. The numerical simulations were validated by the experimental results at a low velocity of the inlet gas（e. g. ,4 m·s^-1）.With the increase of gas velocity at the inlet,the separation efficiency was increased,and the residence time of gas phase was reduced accordingly. The separation efficiency approached 100% when particle diameter was larger than 20 μm. When inlet velocity was 100 m·s^-1,the mean residence time of gas phase was about 35 ms. To be noted,the performance of the gas-solids fast separator could be improved,for example by shortening the length of the separator,with a reduced residence time of gas phase at ～20 ms. It is expected that the gas-solids fast separator can meet the stringent demand of the coal pyrolysis to acetylene process for the milliseconds reaction,quench and separation.     

甲烷/空气射流燃烧中氮氧化物生成模型的研究

With the development of reaction kinetics and transfer science, the modeling of NOx formation plays more and more important roles in the protection of environment and the design of combustion reactors; in this case,turbulence-chemistry model and NOx formation model are the two most important aspects. For thermal NOx mechanism, this article studied the CH4/air system and applied a set of latest NO formation rate constants published at the Leed University which replaced the original model code in FLUENT to increase its precision on prediction of NO concentration. The realizable k-ε model, Reynold Stress model and standard k-ε model were also investigated to predict the turbulent combustion reaction, which indicated that the simulation results of velocities, temperatures and concentrations of combustion productions by the standard k-ε model were in good accordance with the experimental data. With the application of the simulation results to the experimental data to fit some important kinetic parameters in the equation of O atom model and revision of the equation later, this article obtained a new NO formation rate model. It has been proved that the prediction of the developed model coincides well with the measurements.     

高浓度电除尘器入口封头气固两相流动的近流线数值模拟

利用近流线数值模拟方法,采用与大型高浓度电除尘器入口封头原型完全相同的1∶1的几何模型,详细真实地模拟了入口封头及其内部具有复杂结构的预除尘角钢和两层开孔达数万个的气流分布板.采用可实现性k-ε模型和随机颗粒轨道模型,对其气固两相流动进行了数值计算,得出了气相速度分布、颗粒浓度分布和流动阻力分布特性.计算结果与工业性试验数据进行了比较,两者吻合较好,提出并证明了利用近流线数值模拟方法可以详细真实地模拟高浓度电除尘器入口封头内部结构及其气固两相流动.计算和试验结果均表明,所研究的高浓度电除尘器入口封头,其出口处气流分布为中间区域偏低,四周区域偏高;其预除尘效率约为27.6%左右,其流动阻力高达766Pa.     

三种湍流模型下搅拌釜内气含率特性的模拟

采用计算流体力学（CFD）方法,应用Euler-Euler双流体模型,桨叶采用多重参考系法（MFR）,与考虑气泡聚并与破碎对气泡尺寸影响的群体平衡模型（PBM）相结合,比较了标准k-ε、Realizable k-ε和RNG k-ε3种湍流模型对双层涡轮搅拌釜内气-液两相液相流场、局部气含率及气泡尺寸分布的影响。结果表明：3种湍流模型预测的液相流场流型相似,总体气含率预测值相差不大,均与实验值吻合较好。对于局部气含率,标准k-ε和RNG k-ε模型在桨叶区的预测值偏大,在接近自由液面处三者预测值均偏低,Realizable k-ε模型预测结果与实验值符合最好;对于气泡尺寸,3种湍流模型预测结果均与实验值较吻合,在靠近自由液面处预测值均偏小,气泡尺寸分布与湍流长度分布相吻合。     

鼓泡塔内气泡羽流周期性摆动的数值模拟

以二维和三维鼓泡塔内气液二相流动的动态特性为研究对象,寻找各自合适的湍流模型和边界条件设置。二维鼓泡塔的进口气速采用2种不同的方法:①实际进口速度法;②均值修正法。湍流模型选用标准k-ε湍流模型、RNG k-ε湍流模型。结果显示二维模拟使用RNG k-ε湍流模型、三维模拟使用标准k-ε湍流模型能够得到周期性的羽流摆动,且二维鼓泡塔的进口气速采用均值修正法能够得到较合理的摆动周期。